压缩机系统和用于根据车辆的运行状态的压缩空气需求运行压缩机系统的方法与流程

1.本发明涉及一种压缩机系统和一种用于根据车辆的运行状态的压缩空气需求运行压缩机系统的方法。所述方法尤其是涉及压缩机系统在对压缩空气有高的需求的运行状态中的运行，从而存在压缩空气系统供应不足的危险。下面将这种高需求称为达到极限值高度的压缩空气需求。


背景技术：

2.对于轨道车辆中的压缩机提出了有时会部分冲突的各种要求，例如高输出率、足够的接通时间、低噪音排放、低能耗、小的安装空间、灵活的运行策略以及低的采购与生命周期成本。在此，根据轨道车辆的运行状态，对压缩机的要求截然不同。在设计压缩机时存在的典型问题是，在这些要求之间找到在轨道车辆的所有运行状态下均可接受的最佳折中方案。通常，在轨道车辆中使用电驱动压缩机。压缩机在接通/断开运行中在低的接通压力和高的断开压力之间以恒定转速、即所谓的额定转速或者以可变转速运行。压缩机的尺寸这样确定，使得达到压缩空气容器的预先给定的填充时间并且不低于运行中的最小启动时间。
3.压缩机的结构尺寸并且由此其最大功率通常选择为，使得在路线运行中、即在车辆正常行驶的情况下不低于最小启动时间并且不超过压缩空气容器的最大填充时间。此外，另外的因素、例如额定转速下的效率与功率消耗或者不同转速下的噪音排放对于压缩机尺寸的确定也会产生影响。在路线运行中，压缩机间歇运行。在此，如果压缩空气容器中的压力下降至接通压力，则启动压缩机。在达到断开压力的情况下将压缩机断开并且直至压力下降至接通压力后才重新启动。在轨道车辆停靠车站的站内运行期间，压缩机同样如在行驶期间那样间歇运行。由于在静止状态下不存在主要的行驶噪音，因此，应当避免压缩机和风扇在站台旁排放噪音。由于空气弹簧在车站内因乘客上下车而具有更高的空气需求，如果压缩空气储存装置在进站时未完全充满，则这通常会导致接通压缩机和风扇，并且由此导致在停靠车站期间的不符合期望的噪音排放。
4.为了确保压缩机经济且环保地运行，对上述间歇运行进一步开发，使得压缩机这样运行：即压缩空气容器中的气压在车辆行驶期间在稍高于接通压力的范围内波动。仅在消耗压缩空气时，才会提高压缩机的输送功率。通过这种方式，能够使基于泄漏的气压损失最小化并且防止压缩机的不必要的接通以及与之相关联的能耗。
5.然而，这种策略隐藏着风险，即在压缩空气消耗量意外地突然急剧增加的情况下可用的压缩空气过少并且由此可能导致供应不足。供应不足可能导致触发牵引锁止，直至压缩空气容器重新充满，由此可能导致交通运行延误。


技术实现要素：

6.因此，本发明的任务在于，提供一种压缩机系统和一种用于运行压缩机系统的方
法，通过所述压缩机系统及方法能够使供应不足的风险最小化并且对压缩空气的异常高的需求做出快速响应，而不会使压缩空气容器中的气压持续升高。
7.该任务通过根据并列的权利要求的压缩机系统和用于运行压缩机系统的方法解决。本发明的有利的扩展方案包含在从属权利要求中。
8.根据本发明，用于轨道车辆的压缩机系统具有至少一个压缩机以产生用于至少一个压缩空气容器的压缩空气，其中，所述至少一个压缩机的输送功率能够至少间接地经由至少一个控制装置调节。此外，在设置在至少一个压缩机下游的引导压缩空气的管道中可选地设置有至少一个压力传感器，其中，根据借助其测得的压力，所述至少一个控制装置对所述至少一个压缩机进行控制。此外，所述至少一个压缩机的所述至少一个控制装置在此配置为，使其在特殊需求情况下能够将所述至少一个压缩机的输送功率提高到规定的运行最大功率之上，即使这意味着会超过在正常运行中规定的噪声或者功耗的极限值。优选地，输送功率的提高仅短时进行，以免危及可靠的运行。
9.在本技术的范畴中，运行最大功率可理解为所述至少一个压缩机在正常运行中(即无特殊需求情况)最大运行的功率。该运行最大功率不必强制性地是所述至少一个压缩机的最大功率或者额定功率(在连续运行中最大可达到的功率)。例如可以设想，仅将压缩机的80％的额定功率规定为压缩机的运行最大功率，以使所述至少一个压缩机特别低耗且磨损优化地运行。
10.通过提高到压缩机的运行最大功率之上，能够在必要时提供允许在这种情况下满足提高的对压缩空气的要求的输送功率，从而能够防止系统供应不足，或者虽然存在压缩空气的消耗增加的情况，但仍能够在进站时将压缩空气容器完全充满。由此，能够避免压缩机在停靠车站期间或者说在静止状态期间起动并且由此减少噪音污染。
11.在本发明的一种有利的实施方式中，在设置在所述至少一个压缩机的下游的引导压缩空气的管道中设置有至少一个压力传感器，根据所述压力传感器确定气压或者说气压梯度。通过确定气压或者其梯度能够特别简单且高效地识别特殊需求情况。
12.在本发明的一种另外的有利的实施方式中，如果压缩空气的消耗量达到极限值的高度，则会出现所述特殊需求情况。由此，在压缩空气消耗量超过特定的极限值的情况下，将所述至少一个压缩机的输送功率提高到规定的运行最大功率以上。
13.在本发明的一种有利的实施方式中，所述至少一个控制装置配置用于，尤其是经由压缩机的转速调节所述至少一个压缩机的输送功率。
14.此外，如下的实施方式是有利的，在所述实施方式中，压缩机系统具有至少一个传感器，所述传感器配置用于，记录适合于在所述至少一个压缩机的输送功率高于规定的运行最大功率的情况下监控压缩机系统的测量值。以这种方式，能够确保所述至少一个压缩机在提高输送功率的情况下不会受到损坏，以便防止不必要的并且成本高昂的维护工作。
15.在本发明的一种另外的有利的实施方式中，压缩机系统具有人机界面。该人机界面设置在车辆驾驶员的驾驶舱内并且能够由其操作。如果是这种情况，则直接将所述特殊需求情况传输至所述至少一个控制装置(5)，使得所述控制装置将所述至少一个压缩机的输送功率提高到规定的运行最大功率之上。
16.在本发明的一种另外的有利的实施方式中，所述至少一个控制装置配置用于，在一种另外的特殊需求情况下参考规定的运行参数抑制压缩机系统的接通。这种类型的运行
参数例如可以是与当前时间和当前日期相关联的车辆位置或者是压缩空气容器中的压力。
17.按照根据本发明的用于控制根据本发明的压缩机系统的方法，所述至少一个压缩机在特殊需求情况下、尤其是在压缩空气消耗量达到极限值高度的需求情况下以大于引起压缩机的规定的运行最大功率的特定转速的转速运行。
18.在所述方法的一种有利的实施方式中，所述特殊需求情况由车辆驾驶员的和/或车辆控制装置报告给所述至少一个控制装置。如果需求情况是在列车驾驶员操纵车辆控制装置时才通过车辆控制装置报告的，则所述实施方式是特别有利的，因为由此能够尽可能确保，过高的输送功率也能够真正地被认为是必要的。在自动驾驶的车辆的情况下，车辆控制装置能够独自将需求情况转发给控制装置。
附图说明
19.下面根据附图更详细地描述本发明。附图如下：
20.图1示出根据本发明的压缩机系统的示意性的布置；
21.图2示出两个曲线图，其中一个曲线图示出压缩机的转速随时间的变化并且另一个曲线图示出压缩空气容器中的气压随时间的变化。
具体实施方式
22.根据图1，用于轨道车辆的压缩机系统具有用于产生压缩空气的压缩机3。将由压缩机3产生的压缩空气经由引导压缩空气的管道6引导至具有冷却器风扇14的冷却器单元9。在冷却器单元9的下游，在所述引导压缩空气的管道6中设置有压力传感器7和温度传感器13b。此外，所述引导压缩空气的管道6汇入到预分离装置11中，在该预分离装置的下游连接有空气预处理设备12。然后将经过干燥并且清除了颗粒物的压缩空气馈入压缩空气容器4中。设置在压缩机3上的温度传感器13a以及温度传感器13b和压力传感器7均将测得的温度和测得的压力发送至控制装置5。此外，控制装置5也从车辆控制装置2和车辆驾驶员1获取信号。此外，控制装置5适合于，不仅控制冷却器单元9的转速，而且也控制压缩机3本身。此外，设有电供应装置15，其经由控制单元3为压缩机3供应电流。由此，根据所要求的压缩机转速，控制装置通常能够借助变频器控制对压缩机的电流供应。
23.根据图2可见，经由压缩机3的转速能够调节压缩空气容器4中的气压。上方的曲线图示出转速随时间变化的曲线，而下方的曲线图则示出压缩空气容器4中的气压随时间变化的曲线。
24.压缩机3在轨道车辆的充气运行a中以压缩机的运行最大功率所需的转速m运行，直至压缩空气容器4中的气压达到断开压力a。在随后的路线运行n中，即轨道车辆在正常运行中在路线上行驶时，一旦压缩空气容器充满，则首先将压缩机3断开。紧接着，在行驶期间消耗了相当一部分压缩空气后，压缩机以略高于最小转速i的可变转速运行。在此，压缩空气容器4中的气压保持在一定范围内，所述范围设置成略高于接通压力e。以这种方式能够实现，仅产生与实际消耗等量的压缩空气并且由此能够确保经济地运行，因为在高压下基于泄漏的压力损失高于在较低压力下的压力损失。此外，能量损失在较低的压力水平下同样较低。
25.如果气压在稍高于接通压力e的范围内波动，如图2中处于下方的曲线图的第一路
线运行n中示出的那样，则短时间内高的压缩空气需求可能导致压缩空气系统供应不足。如果出现了这种情况，则会激活“增压模式(boost-mode)运行”bm，以便尽可能快速地填充蓄压器。在此，转速会在短时间内在例如基于压缩机的噪音排放或者功耗而规定的、引起压缩机的运行最大功率的转速m之上在“增压模式转速范围”bm的范围内运行，以避免压缩空气供应不足。在此，“增压模式运行”bm能够通过车辆驾驶员或者自动地通过列车控制系统触发。短时间内高的压缩空气需求例如基于列车高负载情况下的必要的紧急制动而可能是必要的。
26.如果系统的压缩空气水平再次稳定，则在图2中的“增压模式运行”bm之后继续进行正常的制动运行b。在此，压缩机3以最大转速m继续运行并且对压缩空气容器4进行馈给直至达到最大过压x，其中，压缩机3在达到最大过压x之后以在额定转速n和最小转速i之间的、略高于最小转速i的可变转速运行。在制动运行b结束之后将压缩机3断开并且仅在达到接通压力e的情况下才调节至最小转速i。由此，轨道车辆再次处于路线运行n中。
27.在开始站内运行s前，控制装置5从车辆控制装置10处获取关于即将进行的站内运行s的信号，其中，通常将压缩机3的转速调节至最大转速m，以便对所述至少一个压缩空气容器4进行馈给直至达到最大过压x。如果直至达到列车静止状态的时间不足以使压缩空气容器4中的气压升高至最大气压x，或者在制动过程期间出现不符合预期的高的气压需求，则同样地激活“增压模式运行”bm并且将压缩机的转速提高到规定的最大转速m之上，以便完全充满压缩空气容器4。在站内运行s期间，使压缩机3尽可能在停靠站内的整个停留期间断开，以便在停靠站内引起尽可能小的噪音排放。出于这一原因，尤其是在静止时例如由于乘客上下车导致车辆的大的负载变化而引起的高的压缩空气消耗的情况下，重要的是，压缩空气容器在进站时是最大程度充满的。在达到接通压力e的情况下将压缩机3调节至最小转速i。轨道车辆在站内运行s之后再次处于路线运行n中。在夜间待机运行o中，压缩机3间歇地在压力下降至接通压力e情况下的最小转速i和在达到断开压力a的情况下断开压缩机3之间运行。
28.本发明不局限于前述的优选的实施例。相反，可以设想相关的变型方案，这些变型方案一并包括在下面的权利要求的保护范围内。因此，例如也可行的是，压缩机3供给多个压缩空气容器4。此外，也可以设想，调整元件8具有两个输出端并且由此不仅通过控制装置5调节电机1、的转速，而且也调节冷却器风扇14的转速。
29.附图标记列表
[0030]1ꢀꢀꢀꢀ
车辆驾驶员
[0031]2ꢀꢀꢀꢀ
车辆控制装置
[0032]3ꢀꢀꢀꢀ
压缩机
[0033]4ꢀꢀꢀꢀ
压力容器
[0034]5ꢀꢀꢀꢀ
控制装置
[0035]6ꢀꢀꢀꢀ
引导压缩空气的管道
[0036]7ꢀꢀꢀꢀ
压力传感器
[0037]9ꢀꢀꢀꢀ
冷却器单元
[0038]
11
ꢀꢀꢀ
预分离装置
[0039]
12
ꢀꢀꢀ
压缩空气预处理设备
[0040]
13a
ꢀꢀ
温度传感器(压缩机)
[0041]
13b
ꢀꢀ
温度传感器(压缩空气)
[0042]
14
ꢀꢀꢀ
冷却器风扇
[0043]
15
ꢀꢀꢀ
电供应装置
[0044]mꢀꢀꢀꢀ
在运行最大功率下压缩机的转速
[0045]nꢀꢀꢀꢀ
压缩机的额定转速
[0046]iꢀꢀꢀꢀ
压缩机的最小转速
[0047]
bm
ꢀꢀꢀ
增压模式转速范围
[0048]
x
ꢀꢀꢀꢀ
在压缩空气容器中的最大气压
[0049]aꢀꢀꢀꢀ
断开压力
[0050]eꢀꢀꢀꢀ
接通压力
[0051]aꢀꢀꢀꢀ
充气运行
[0052]nꢀꢀꢀꢀ
路线运行
[0053]bꢀꢀꢀꢀ
制动运行
[0054]sꢀꢀꢀꢀ
站内运行
[0055]oꢀꢀꢀꢀ
夜间运行
[0056]
bm
ꢀꢀꢀ
增压模式运行